DE19916722A1

DE19916722A1 - Lambda-shaped shears with linearized drive, with coupling up of at least one drive via linearizing transmission to shears

Info

Publication number: DE19916722A1
Application number: DE1999116722
Authority: DE
Inventors: Guenter Pritschow
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-10-26

Abstract

The shears move a platform with numerical control. The linearization of the movement between the drive (A2) for the radial movement of the shears and the radius-setting Tool Center Point (TCP) of the shears is achieved by coupling up at least one of the drives via a linearizing transmission to the shears.

Description

Aus der technischen Literatur über Parallelkinematiken zur Bewegung von Plattformen im Bereich von Montage- und Bearbeitungsmaschinen sind λ förmige Scheren bekannt, die den Vorzug besitzen, auf einer Führungs schiene F über vorzugsweise 2 numerisch gesteuerte Antriebe A1, A2 zwei Freiheitsgrade in z- und R-Richtung gemäß Fig. 1 steuern zu können. Zur Bewegung in z-Richtung bewegen sich beide Antriebe in gleicher Weise in z- Richtung, zur Veränderung des Radius R bleibt der Antrieb A1 fest positio niert und nur Antrieb 2 bewegt sich entgegengesetzt zur Radiusrichtung, d. h. für abnehmenden Radius vergrößert sich der Abstand um Δz zwischen den Antrieben A1, A2. Der Nachteil dieser Anordnung liegt in der starken Nichtli nearität zwischen der Antriebsbewegung des Antriebs A2 und der Radius veränderung ΔR. Wie Fig. 1 deutlich zeigt, ist die Bewegung Δz bei kleinem Radius für eine vorgegebene Radiusveränderung ΔR sehr klein, bei großem Radius wird Δz für die gleiche Veränderung von ΔR sehr groß. Hierdurch erleidet sowohl die Geschwindigkeitsübersetzung als auch die Steifigkeit große Nachteile. Zur Abhilfe dient der vorliegende Erfindungsgedanke.From the technical literature on parallel kinematics for moving platforms in the area of assembly and processing machines, λ-shaped scissors are known, which have the advantage of having two degrees of freedom in z- and R- on a guide rail F via preferably 2 numerically controlled drives A1, A2. To control direction of FIG. 1. To move in the z direction, both drives move in the same way in the z direction, to change the radius R, the drive A1 remains firmly positioned and only drive 2 moves in the opposite direction to the radius direction, ie for a decreasing radius, the distance increases by Δz between the drives A1, A2. The disadvantage of this arrangement is the strong non-linearity between the drive movement of the drive A2 and the radius change ΔR. As FIG. 1 clearly shows, the movement Δz with a small radius is very small for a given change in radius ΔR, with a large radius Δz becomes very large for the same change in ΔR. As a result, both the speed ratio and the rigidity suffer major disadvantages. The present inventive concept serves to remedy this.

Die Grundüberlegung des vorliegenden Erfindungsgedankens gemäß An spruch 1 geht davon aus, durch eine Umlenkung den Kraftfluß der Antriebe so zu beeinflussen, daß eine linearisierende Wirkung erreicht wird.The basic consideration of the present inventive concept according to An saying 1 assumes, by a deflection the power flow of the drives to influence so that a linearizing effect is achieved.

Erfindungsgemäß wird dieser Effekt erreicht durch eine Veränderung des Kraftangriffspunktes von Antrieb 2, der in den bisher bekannten Anordnun gen am Fußpunkt des langen Scherenelementes L angreift. Der Fußpunkt wird erfindungsgemäß, über einen antriebslosen Schlitten S gemäß Fig. 2 geführt und der Antrieb 2 greift nunmehr über einen Kurbeltrieb in den Dreh punkt des Fußpunktes von Scherenelement L/2 ein. Dazu wird der Antrieb 2 auf einen gesonderten Schlitten A2 geführt und an einem Hebel H über einen Kniehebel K vorzugsweise der gleichen Länge wie H angelenkt, wobei H über eine winkelmäßige feste Verbindung mit dem Fußpunkt des kurzen Scherenelementes L/2 verfügt und damit das Element L/2 um den Drehpunkt des Fußpunktes von L/2 verdreht. Die Drehwirkung wird optimal, wenn der Winkel zwischen H und L/2 90° beträgt. In diesem Fall folgt die Bewegung des Antriebs A2 streng linear proportional der Radiusbewegung ΔR. Sofern die Längen von K, H und L/2 gleich gewählt werden, entspricht die Radiusbewegung 1 : 1 der Antriebsbewegung A2 in der Geschwindigkeit. Natürlich lassen sich durch die Wahl der Längen auch andere Übersetzungs verhältnisse einstellen.According to the invention, this effect is achieved by changing the force application point of drive 2 , which engages in the previously known conditions at the base of the long scissor element L. The base point is guided according to the invention, via a drive-free carriage S according to FIG. 2, and the drive 2 now engages via a crank mechanism in the pivot point of the base point of the scissor element L / 2. For this purpose, the drive 2 is guided on a separate carriage A2 and articulated on a lever H via a toggle lever K, preferably of the same length as H, H having an angularly fixed connection with the base point of the short scissor element L / 2 and thus the element L / 2 rotated around the pivot point of the base point of L / 2. The turning effect is optimal when the angle between H and L / 2 is 90 °. In this case, the movement of the drive A2 follows the radius movement ΔR in strictly linear proportion. If the lengths of K, H and L / 2 are chosen to be the same, the radius movement corresponds 1: 1 to the drive movement A2 in speed. Of course, other gear ratios can also be set through the choice of lengths.

Die Anordnung der neuen Stellelemente K und H müssen nicht gemäß Fig. 2 symmetrisch zur Führungsschiene F gegenüber der Schere L, L/2 an geordnet werden, sondern können auf der gleichen Seite wie die Schere lie gen. Zu diesem Zweck ist, wie in der gestrichelten Ausführung nach Fig. 1 gezeigt, das Vorzeichen des Winkels zwischen H und L/2 und damit die Angriffsrichtung des Hebels H zu tauschen. Wird die Führungsbahn von Antrieb A1 separat zu Antrieb A2 ausgeführt, läßt sich der Tool Center Point TCP mit einer durchgängigen Bewegung des Antriebs A2 von A2 nach A2' von rechts nach links zur Stelle des TCP verstellen.The arrangement of the new actuating elements K and H do not have to be arranged symmetrically to the guide rail F relative to the scissors L, L / 2, as shown in FIG. 2, but can lie on the same side as the scissors. For this purpose, as in FIG dashed embodiment according to FIG. 1, to change the sign of the angle between H and L / 2 and thus the direction of attack of the lever H. If the guideway from drive A1 is carried out separately from drive A2, the Tool Center Point TCP can be adjusted from right to left to the position of the TCP with a continuous movement of drive A2 from A2 to A2 '.

Eine zweite Variante entsteht, wenn zwei λ-förmige Scheren L, L/2 und L', L'/2, deren Ebenen beliebig im Raum (z. B. 90°) gegeneinander versetzt sind, entsprechend Fig. 2, mit den Fußpunkten der Stäbe L, L' und mit den Fußpunkten der kurzen Stäbe L/2, L'/2 über den Antrieb A1 verbunden sind und entweder der Kniehebelantrieb A2 oder der Kniehebelantrieb A2' die Radiusbewegung übernimmt. In diesem Fall liegt die Kniehebelbewegung K/H bzw. K'/H' vorteilhafterweise außerhalb des Radiusraumes, so daß sich der nutzbare Arbeitsraum günstiger gestalten läßt. A second variant arises when two λ-shaped scissors L, L / 2 and L ', L' / 2, the planes of which are offset from one another in space (e.g. 90 °), corresponding to FIG. 2, with the base points the rods L, L 'and with the base points of the short rods L / 2, L' / 2 are connected via the drive A1 and either the toggle lever drive A2 or the toggle lever drive A2 'takes over the radius movement. In this case, the toggle lever movement K / H or K '/ H' is advantageously outside the radius space, so that the usable working space can be made more economical.

Eine dritte Variante ergibt sich, wenn der Hebel H nicht Scherenelement L/2 um A1 verdreht, sondern das Scherenelement L um den Drehpunkt in S. Hierzu wird der Hebel H mit seinem Kniehebel K und seinem Antrieb A2 mit dem Scherenelment L über einen Winkel von 90° in der Scherenebene fest verbunden und der Antrieb A1 in den Schlitten S verlegt. Anstelle des Antriebs A1 wird lediglich ein antriebsloser Schlitten eingesetzt. Durch die andersartige Übersetzung ergeben sich allerdings ungünstigere Verhältnisse als mit den zuvor beschriebenen Anordnungen.A third variant results if the lever H is not a scissor element L / 2 rotated by A1, but the scissor element L around the pivot point in S. For this purpose, the lever H with its toggle lever K and its drive A2 the scissor element L over an angle of 90 ° in the scissor plane connected and the drive A1 relocated in the carriage S. Instead of Drive A1 only uses a non-driven slide. Through the however, different translations result in less favorable conditions than with the arrangements previously described.

Da die geometrischen Beziehungen zwischen den Stabelementen H und L/2 gemäß Fig. 2 stets gleich und unabhängig von der Position z, R sind, kann eine einfache feste Winkelverbindung über eine feste Verbindung der Stäbe H und L/2 erzwungen werden, wie sie beispielsweise durch die Verbindung V (gestrichelt gezeichnet) in Fig. 2 erfolgt.Since the geometric relationships between the rod elements H and L / 2 according to FIG. 2 are always the same and independent of the position z, R, a simple fixed angular connection can be enforced via a fixed connection of the rods H and L / 2, as is the case, for example through the connection V (shown in dashed lines) in Fig. 2.

Sofern nur für kleine Radien eine Verbesserung der Kraftübersetzung zwi schen dem Kraftangriffspunkt am TCP in Radienrichtung und der Reaktions kraft in Antrieb 2 gemäß Fig. 1 erfolgen muß, kann erfindungsgemäß eine günstige Kraftumlenkung des Antriebs A1 über den kurzen Scherenstab L/2 und einen zusätzlichen Hilfshebel E erfolgen. Der Hebel bewirkt eine zu sätzliche Winkelauslenkung des Stabes L/2 und bewirkt, daß eine Radius änderung auch eine Fußpunktveränderung des Stabes L/2 und damit eine Bewegung des Antriebs A1 nach sich zieht. Diese Bewegung von A1 über nimmt bei kleinen Radien einen großen Teil der Bewegungsarbeit und trägt damit zur kräftemäßigen Entlastung des Antriebs A2 bei. Als Nachteil muß eine kleine z-Veränderung des Antriebs A1 bei reiner Radiusänderung in Kauf genommen werden.If only an improvement in the force transmission between the force application point on the TCP in the radius direction and the reaction force in drive 2 according to FIG. 1 must take place for small radii, according to the invention a favorable force deflection of drive A1 via the short scissor rod L / 2 and an additional auxiliary lever E done. The lever causes an additional angular deflection of the rod L / 2 and has the effect that a change in radius also causes a change in the base point of the rod L / 2 and thus a movement of the drive A1. This movement from A1 takes on a large part of the movement work with small radii and thus contributes to relieving the force on the drive A2. As a disadvantage, a small z change in drive A1 with a pure radius change must be accepted.

Claims

1. Device for moving an NC-controlled platform in space with the help of λ-shaped scissor elements according to FIG. 1, characterized in that for linearizing the movement between the drive (A2) for the radial movement of the λ-shaped scissors and the radius-determining tool center Point (TCP) of the λ-shaped scissors, at least one of the two drives A1, A2 is coupled to the scissors via a linearizing gear.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the base of the long Stabelemen tes L is guided via a drive-free carriage S on the guideway F and the radius-changing drive A2 to the λ-shaped scissors according to FIG. 2 via a second pair of scissors K, H acts, which is firmly connected to the first scissors via its short rod, both scissors are arranged in one plane, but at an angle of preferably 90 ° to each other and the connection point of both scissors is designed as a fulcrum around the drive A1.

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the points remote from drive A1 of the elements H and L / 2 of the two scissors with a connection element V are firmly connected.

4. Apparatus according to claim 2 and 3, characterized in that in addition to this arrangement further λ-shaped scissors are arranged so that their radius plane is offset by any angle to the first arrangement, the foot points of which are attached to the first arrangement, that they have the same movements as those of the first λ-shaped Run scissors.

5. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the guideways for the two Drives A1, A2 can be arranged separately.

6. The device according to claim 1, characterized in that the point of attack at the radius change involved drive A2 via a movably attached steered toggle lever K and one movable in its extension arranged lever H, which in turn is fixed at right angles the base of the long scissor element L in the scissors level is connected, this base via a drive slide A1 is guided on the guideway F of the drives and the base of the short scissor element L / 2 over a unpowered slide S.

7. The device according to claim 1, characterized in that according to FIG. 3, the base drive A1 of the short scissor element L / 2 is articulated via an auxiliary lever E to the long scissor element L, the auxiliary lever E being firmly connected to L.